2019-2020学年高中物理第2章恒定电流第6节导体的电阻课件 人教版选修3-1 59页

第 6 节　导体的电阻 1 ． 实验探究 (1) 实验目的：探究电阻与 _____________ 、 _____________ 、 ___________ 等因素之间的关系． (2) 实验方法：控制变量法． 课前教材预案 要点一　影响导体电阻的因素 导体长度　 横截面积　 材料　 (3) 实验表明：电阻之比等于 ___________ 之比，等于 _____________ 之比的倒数，长度、横截面积相同，材料不同的导体 ___________ 不同． 长度　 横截面积　 电阻　 2 ． 理论探究 (1) 导体电阻与它的长度的关系 结论：在横截面积、材料相同的条件下，导体的电阻与长度成 ___________. (2) 导体电阻与它的横截面积的关系 结论：在长度、材料相同的情况下，导体电阻与横截面积成 ______ ． 正比　 反比　 (3) 导体电阻与材料的关系 结论：在长度、横截面积都相同的条件下，材料不同的导体，测得其电阻 ____________ ，说明电阻与材料 ___________. 也不同　 有关　 1 ． 电阻定律 (1) 内容：同种材料的导体，其电阻 R 与它的长度 l 成 ___________ ，与它的横截面积 S 成 ___________ ，导体的电阻还与构成它的材料有关． (2) 公式： R ＝ ___________ ， l 表示导体的长度， S 表示横截面积， ρ 是 ____________. 要点二　导体的电阻 正比　 反比　 电阻率　 2 ． 电阻率 (1) 物理意义：电阻率 ρ 是一个反映 _______________ 的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关． (2) 大小： ____________. (3) 单位是 _____________ ，符号为 ____________. 导体导电性能　 欧姆 · 米　 Ω·m 　 (4) 电阻率与温度的关系：电阻率往往随温度的变化而 ___________. ① 金属的电阻率随温度升高而增大，可用于制造电阻温度计． ② 有些合金如锰铜、镍铜，电阻率几乎不受温度变化的影响，可用来制作标准电阻． ③ 各种金属中，银的电阻率最小，其次是铜、铝，合金的电阻率大于组成它的任何一种纯金属的电阻率． 变化　 课堂深度拓展 考点一　对导体电阻和电阻率的理解 2 ． 电阻与电阻率的比较 电阻 R 电阻率 ρ 描述对象 导体 材料 物理意义 反映导体对电流阻碍作用的大小， R 大，阻碍作用大 反映材料导电性能的好坏， ρ 大，导电性能差 决定因素 由材料、温度、导体形状决定 由材料、温度决定，与导体形状无关 3 ． 对电阻率的理解 (1) 电阻率是表征材料导电性能的物理量． (2) 电阻率在数值上等于用某种材料制成的长 1 m 、横截面积为 1 m 2 的导线的电阻值． (3) 电阻率与温度有关．例如金属材料的电阻率随温度的升高而增大，半导体材料的电阻率随温度的升高而减小． (4) 超导现象：当温度降低到一定温度时，某些材料的电阻率突然减小到零的现象． 答案 A 【变式 1 】 如图所示，相距 40 km 的 A 、 B 两地架两条输电线，电阻共为 800 Ω ，如果在 A 、 B 间的某处发生短路，这时接在 A 处的电压表示数为 10 V ，电流表示数为 40 mA ．求发生短路处相距 A 有多远？ 答案 12.5 km 1 ． 游标卡尺 (1) 游标卡尺的结构 考点二　游标卡尺与螺旋测微器 (2) 三种游标卡尺的读数规则 游标尺 精确 度 (mm) 测量结果 ( 游标尺上第 n 条刻度线与主尺上的某刻度线对正时 )(mm) 刻度 格数 刻度总长 度 (mm) 每小格与 1 毫米差 (mm) 10 9 0.1 0.1 主尺上读的毫米数＋ 0.1 n 20 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数＋ 0.05 n 50 49 0.02 0.02 主尺上读的毫米数＋ 0.02 n (3) 游标卡尺读数分为三个步骤，以如图所示 50 分度游标卡尺的某一状态为例进行说明： ① 在主尺上读出副尺零刻度线以左的读数，该值就是最后读数的整数部分，图示为 33 mm ； ② 副尺上一定有一条刻度线与主尺的刻度线对齐，在副尺上读出该刻度线距副尺 0 刻度线的格数，将其与精度 0.02 mm 相乘，就得到最后读数的小数部分，图示为 0.24 mm ； ③ 将所得到的整数和小数部分相加，就得到总长度为 33.24 mm. 注意：游标卡尺读数时不需要估读． 2 ． 螺旋测微器 ( 千分尺 ) (1) 构造 如图所示是常用的螺旋测微器，它的测砧 A 和固定刻度 B 固定在尺架 C 上，旋钮 D 、微调旋钮 D ′ 和可动刻度 E 是与测微螺杆 F 连在一起的，通过精密螺纹套在 B 上． (2) 设计原理 螺旋测微器是一种比游标卡尺更精密的测量长度的仪器．用它测量长度可以准确到 0.01 mm. 精密螺纹的螺距是 0.5 mm ，即每旋转一周，测微螺杆 F 前进或后退 0.5 mm. 可动刻度分为 50 等份，每一等份表示 0.01 mm ，即可动刻度每转过一等份， F 前进或后退 0.01 mm ，因此，从可动刻度旋转了多少等份就知道长度变化了多少个 0.01 mm. 所以，螺旋测微器测量长度可准确到 0.01 mm. 螺旋测微器的量程一般为 0 ～ 25 mm. (3) 读数 测量前旋进旋钮 D 或 D ′ ，使测微螺杆 F 和测砧 A 并拢，此时可动刻度 E 的零刻度与固定刻度 B 的轴向前应在固定刻度的零刻度处对齐． 测量时被测物体长度整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．读数要注意固定刻度上表示半毫米的刻线是否已经露出．具体做法：看可动刻度上的第几条刻线与固定刻度上的横线重合，从而读出可动刻度示数 ( 注意估读千分位的值 ) ．最后结果可用公式表示：测量长度＝固定刻度示数＋可动刻度示数 × 精确度． ( 注意单位为毫米 ) 正确使用螺旋测微器 (1) 测量时，当 F 将要接触被测物时，要停止使用 D ，改用 D ′ ，以避免 F 和被测物体间产生过大的压力．这样既可以保护仪器，又能保证测量结果的准确． (2) 螺旋测微器应估读一位，以 mm 作为单位，应读到小数点后面的第三位． (3) 读数时，除了观察固定刻度的整毫米数外，特别要注意半毫米刻线是否露出． 【例题 2 】 (1) 用游标为 20 分度的卡尺测量一粗细均匀圆柱体的长度，如图所示，由图可知其长度为 __________mm. (2) 用螺旋测微器测量其直径如图所示，由图可知其直径为 __________mm. 思维导引： (1) 先看清游标卡尺上游标的分度是多少，然后读数． (2) 螺旋测微器固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否露出． 解析 (1) 游标为 20 分度的卡尺，其精确度为 0.05 mm ，游标第 3 格与主尺对齐，示数为 0.05 × 3 mm ＝ 0.15 mm ，故长度为 50 mm ＋ 0.15 mm ＝ 50.15 mm. (2) 螺旋测微器固定刻度为 4.5 mm ，可动刻度为 0.200 mm ，故直径为 4.5 mm ＋ 0.200 mm ＝ 4.700 mm. 答案 (1)50.15　(2)4.700 【变式 2 】 (1) 两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示．测量方法正确的是 ____________ ． ( 选填“甲”或“乙” ) (2) 某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度 l ，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径 d ，示数如图所示．由图可读出 l ＝ ____________ cm, d ＝ __________ mm. 解析 (1) 图乙的方法正确． (2) 游标卡尺的读数＝ 2.2 cm ＋ 5 × 0.1 mm ＝ 2.25 cm ， 螺旋测微器的读数 ＝ 6.5 mm ＋ 36.0 × 0.01 mm ＝ 6.860 mm. 答案 (1)乙　(2)2.25　6.860 考点三　测定金属丝的电阻率 2 ． 电路图 　 3 ． 注意事项 (1) 用螺旋测微器测金属丝的直径时应在三个不同位置各测一次，求其平均值 d . (2) 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，应至少测量 3 次，求其平均值 l . (3) 本实验中被测金属丝电阻较小，因此采用电流表外接法． (4) 滑动变阻器采用限流接法还是分压接法，可根据实验要求或提供的器材规格进行选择． 4 ． 误差分析 (1) 金属丝通电时温度升高，使所测电阻率比常温下的电阻率略大． (2) 金属丝长度测量不准确以及金属丝直径测量不准确． (3) 采用电流表外接法测金属丝的电阻，使测量值比真实值小． “ 测金属的电阻率 ” 和 “ 描绘小灯泡的伏安特性曲线 ” 均属于测量电阻的实验，故对电路的考虑有相似之处，不同的是供电部分，测电阻率的供电电路依器材而定，而描绘小灯泡伏安特性曲线只能是分压电路． 【例题 3 】 做“测定金属丝的电阻率”的实验时，需要对金属丝的电阻进行测量，已知金属丝的电阻值 R x 约为 20 Ω. 一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量，这位同学想使被测电阻 R x 两端的电压变化范围尽可能的大，他可选用的器材有： 电源 E ：电压为 8 V ，内阻为 1.0 Ω ； 电流表 A ：量程 0.6 A ，内阻约为 0.50 Ω ； 电压表 V ：量程 10 V ，内阻约为 10 kΩ ； 滑动变阻器 R ：最大电阻值为 5.0 Ω ； 开关一个，导线若干． (1) 根据上述条件，测量时电流表应采用 __________ ． ( 选填“外接法”或“内接法” ) (2) 在虚线框内画出实验电路图． (3) 若在上述实验中，电流表的示数为 I ，电压表的示数为 U ，且电流表内阻 R A 、电压表内阻 R V 均为已知量，用测量的物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式为 R x ＝ __________. 　 思维导引： 解答本题时注意把握以下两点 (1) 要使被测电阻 R x 两端的电压变化范围尽量大，就要采用滑动变阻器的分压式接法． (2) 电流表、电压表的内阻为已知量时相当于一个特殊电阻． 【变式 3 】 在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为 50 cm. (1) 用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数应为 ____________mm.( 该值接近多次测量的平均值 ) (2) 用伏安法测金属丝的电阻 R x . 实验所用器材为：电池组 ( 电动势 3 V ，内阻约 1 Ω) 、电流表 ( 内阻约 0.1 Ω) 、电压表 ( 内阻约 3 kΩ) 、滑动变阻器 R (0 ～ 20 Ω 、额定电流 2 A) 、开关、导线若干． 某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下： 次数 1 2 3 4 5 6 7 U /V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I /A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 由以上实验数据可知，他们测量 R x 是采用图中的 ________ 图． ( 选填“甲”或“乙” ) (3) 如图所示是测量 R x 的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片 P 置于变阻器的一端．请根据 (2) 所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏． (4) 这个小组的同学在坐标纸上建立 U 、 I 坐标系，如图所示，图中已标出了与测量数据对应的 4 个坐标点．请在图中标出第 2 、 4 、 6 次测量数据的坐标点，并描绘出 U － I 图线．由图线得到金属丝的阻值 R x ＝ ________Ω.( 保留两位有效数字 ) (5) 根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为 ______ ． ( 填选项前的符号 ) A ． 1×10 － 2 Ω · m B ． 1×10 － 5 Ω · m C ． 1×10 － 6 Ω · m D ． 1×10 － 8 Ω · m 解析 (1) 螺旋测微器的读数原则为主尺读数＋可动刻度数 × 精度＝ 0 ＋ 39.8 × 0.01 mm ＝ 0.398 mm. (2) 由记录数据知，若采用乙图限流电路，则当 U ＝ 0.10 V ， I ＝ 0.020 A 时，滑动变阻器须串入的电阻约为 144 Ω ，大于滑动变阻器的最大阻值 20 Ω ，所以实验中滑动变阻器 R 应采用分压式连接，故他们采用甲图电路． 答案 (1)0.398(0.397 ～ 0.399 均可 ) (2) 甲 (3) 如图 (a) 所示 (4) 如图 (b) 所示 4.5(4.3 ～ 4.7 均可 ) (5)C 课末随堂演练 BD 　 解析 导体电阻的大小和导体的材料、长度、横截面积有关，与电压、电流没有关系，选项 A 错误， B 正确；各种材料的电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而增大，选项 C 错误；超导体是当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，电阻值等于零，此时电阻率突然变为零，选项 D 正确． 2 ．一只“ 220 V 100 W” 的灯泡工作时电阻为 484 Ω ，若拿一只同样的灯泡来测量它不工作时的电阻，则下列说法正确的是 ( ) A ．小于 484 Ω B ．大于 484 Ω C ．等于 484 Ω D ．无法确定 解析 灯泡工作时的电阻为高温状态的电阻，不工作时为常温下的电阻，根据金属材料的电阻率随温度的升高而增大可得，选项 A 正确． A 　 3 ． (1) 在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示，校零时的读数为 ____________mm ，合金丝的直径为 ____________mm. (2) 为了精确测量合金丝的电阻 R x ，设计出如图甲所示的实验电路图，按照该电路图完成图乙中的实物电路连接． 解析 (1) 校零时的读数为 0.007 mm ， 合金丝的直径＝ (0.5 ＋ 14.5 × 0.01 － 0.007) mm ＝ 0.638 mm. (2) 实物电路连接如图所示． 答案 (1)0.007(0.005 ～ 0.008 均可 ) 0.638(0.636 ～ 0.639 均可 ) (2) 见解析图 4 ．如图甲所示为一测量电解液电阻率的玻璃容器， P 、 Q 为电极，设 a ＝ 1 m ， b ＝ 0.2 m ， c ＝ 0.1 m ，当里面注满某电解液，且 P 、 Q 加上电压后，其 U － I 图线如图乙所示．当 U ＝ 10 V 时，求电解液的电阻率 ρ 是多少？ 答案 40 Ω · m